你真的了解volatile吗，关于volatile的那些事

很早就接触了volatile，可是并无特别深刻的去研究她，只有一个朦胧的概念，就是以为

用她来解决可见性的，但可见性又是什么呢？

最近通过查阅各类资料，并结合本身的思考和实践，对volatile有了比较深入的认识，

在此总结并分享给你们。

可见性

如何理解可见性，仍是来看个会出现死循环的例子：

（注意：运行时请加上jvm参数：-server，while循环内不要有标准输出）：

 

 这是为何呢？先来看看java的内存模型，以下图：

 

java内存分为工做内存和主存
工做内存：即java线程的本地内存，是单独给某个线程分配的，存储局部变量等，同时也会复制主存的共享变量做为本地
的副本，目的是为了减小和主存通讯的频率，提升效率。
主存：存储类成员变量等

可见性是指的是线程访问变量是不是最新值。
局部变量不存在可见性问题，而共享内存就会有可见性问题，
由于本地线程在建立的时候，会从主存中读取一个共享变量的副本，且修改也是修改副本，
且并非当即刷新到主存中去，那么其余线程并不会立刻共享变量的修改。
所以，线程B修改共享变量后，线程A并不会立刻知晓，就会出现上述死循环的问题。

解决共享变量可见性问题，须要用volatile关键字修饰。
以下图代码就不会出现死循环：

 

那么为何能解决死循环的问题呢？
可见性的特性总结为如下2点：
1. 对volatile变量的写会当即刷新到主存
2. 对volatile变量的读会读主存中的新值
能够用以下图更清晰的描述: 

 

如此一来，就不会出现死循环了。

为了能更深入的理解volatile的语义，咱们来看下面的时序图，回答这2个问题：

问题1：t2时刻，若是线程A读取running变量，会读取到false，仍是等待线程B执行完呢？
答案是否认的，volatile并无锁的特性。
问题2：t4时刻，线程A是否必定能读取到线程B修改后的最新值
答案是确定的，线程A会从从新从主存中读取running的最新值。

还有一种办法也能够解决死循环的问题：

虽然running变量上没有volatile关键字修饰，可是读和写running都是同步方法

同步块存在以下语义：
1.进入同步块，访问共享变量会去读取主存
2.退出同步块，本地内存对共享变量的修改会当即刷新到主存
所以上述代码不会出现死循环。

volatile变量的原子性
我看了不少文章，有些文章甚至是出版的书籍都说volatile不是原子的，
他们举的例子是i++操做，i++自己不是原子操做，是读并写，我这里要讲的原子性
指的是写操做，原子性的特别总结为2点：
1. 对一个volatile变量的写操做，只有全部步骤完成，才能被其它线程读取到。
2. 多个线程对volatile变量的写操做本质上是有前后顺序的。也就是说并发写没有问题。
这样说也许读者感受不到和非volatile变量有什么区别，我来举个例子：
//线程1初始化User
User user;
user = new User();
//线程2读取user
if(user!=null){
user.getName();
}
在多线程并发环境下，线程2读取到的user可能未初始化完成
具体来看User user = new User的语义：
1：分配对象的内存空间
2：初始化对线
3：设置user指向刚分配的内存地址
步骤2和步骤3可能会被重排序，流程变为
1->3->2
这些线程1在执行完第3步而还没来得及执行完第2步的时候，若是内存刷新到了主存，
那么线程2将获得一个未初始化完成的对象。所以若是将user声明为volatile的，那么步骤2,3
将不会被重排序。
下面咱们来看一个具体案例，一个基于双重检查的懒加载的单例模式实现：

 

这个单例模式看起来很完美，若是instance为空，则加锁，只有一个线程进入同步块
完成对象的初始化，而后instance不为空，那么后续的全部线程获取instance都不用加锁，
从而提高了性能。
可是咱们刚才讲了对象赋值操做步骤可能会存在重排序，
即当前线程的步骤4执行到一半，其它线程若是进来执行到步骤1，instance已经不为null，
所以将会读取到一个没有初始化完成的对象。
但若是将instance用volatile来修饰，就彻底不同了，对instance的写入操做将会变成一个原子
操做，没有初始化完，就不会被刷新到主存中。
修改后的单例模式代码以下：

 

对volatile理解的误区

不少人会认为对volatile变量的全部操做都是原子性的，好比自增i++

这实际上是不对的。

看以下代码：

若是i++的操做是线程安全的，那么预期结果应该是i=20000

然而运行的结果是：11349说明i++存在并发问题i++语义是i=i+1分为2个步骤步骤1：读取i=0步骤2：计算i+1=1，并从新赋值给i 那么可能存在2个线程同时读取到i=0，并计算出结果i=1而后赋值给i那么就得不到预期结果i=2。这个问题说明了2个问题：1.i++这种操做不是原子操做2.volatile 并不会有锁的特性